MISW2 INSTRUKCJA - Instytut Inżynierii Materiałowej

Ocena
Ocena
(kol.wejściowe) (sprawozdanie)
Imię i Nazwisko
Grupa dziekańska
.........................................
Indeks
.........
.........
Ćwiczenie: MISW2
Podpis prowadzącego
Politechnika Łódzka
Wydział Mechaniczny
Instytut Inżynierii Materiałowej
LABORATORIUM
NAUKI O MATERIAŁACH
Blok 4: Materiały inżynierskie o specjalnych właściwościach
Ćwiczenie MISW2
Temat: Wytwarzanie i badanie właściwości materiałów
kompozytowych
Ćwiczenie składa się z dwóch części, z których:
 Pierwsza dotyczy praktycznego wykonania kompozytowych materiałów inżynierskich (2 godz.).
 Druga dotyczy badań wybranych własności, wytworzonych w części pierwszej, kompozytowych
materiałów inżynierskich (2 godz.).
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z technologią wytwarzania materiałów kompozytowych oraz
zbadanie wytworzonych elementów pod kątem ich zastosowania.
Część I (2 godz.)
Wstęp
Materiały kompozytowe powstają w wyniku fizycznej kombinacji istniejących prostych materiałów.
Podział materiałów kompozytowych:

naturalne, np.: drewno, muszle mięczaków,

sztuczne, wytworzone przez człowieka.
Podstawowym ich składnikiem jest osnowa, która pełni rolę spoiwa kompozytu.
Osnowa kompozytu może być materiałem.:

metalowym (metale i ich stopy),

ceramicznym (np. tlenki, glinokrzemiany, węgliki)

polimerowym (np. żywice poliestrowe, epoksydowe, akrylowe, poliwęglany, kauczuki)
Drugim składnikiem kompozytu jest zbrojenie umacniające osnowę.
Zbrojenie może mieć postać:

włókien długich lub krótkich np.: druty metalowe, włókna szklane, włókna węglowe, włókna
aramidowe

warstw np.: tkanina z włókien szklanych i/lub węglowych, papier celulozowy,

dyspersyjnych cząsteczek np.: piasek kwarcowy, proszki materiałów tlenkowych i weglików.
Nieodłącznymi składnikami tworzyw kompozytowych są napełniacze i barwniki.
Własności tworzyw kompozytowych zależą od:

geometrii układu,

stopnia połączenia osnowy ze zbrojeniem
2
Wykonanie ćwiczenia.
Elementy wytworzone:

kompozyty na osnowie żywicy epoksydowej, zbrojonej np.: włóknem szklanym ciągłym, włóknem
szklanym ciętym, matą szklaną, rowingiem z włókna szklanego lub węglowego, proszkiem
korundowym, piaskiem kwarcowym itp. w różnych ilościach objętościowych.
Oprzyrządowanie laboratorium:

formy do wykonania próbek wytrzymałościowych o przekroju części pomiarowej 8mm×15mm,

mikser do wykonania mieszanin kompozytowych,

środki smarujące, zapobiegające przyklejaniu się żywicy do powierzchni formy,

waga o dokładności 1 g,

maszyna wytrzymałościowa o zakresie pomiarowym do ok. 500 kG.

suwmiarka.
Plan wykonania części I ćwiczenia.
Praktyczne wykonanie kilku próbek materiałów kompozytowych.

zapoznanie studentów z konstrukcją i głównymi wymiarami form,

wykonanie odpowiednich naważek porcji żywic i zbrojenia (zaleca się wykonanie jednej próbki z
samej żywicy bez zbrojenia w celach porównawczych)

wymieszanie naważek przy użyciu miksera – dokonuje laborant w obecności studentów,

wykonanie operacji zalania form,
3

wykonanie usunięcia spolimeryzowanych próbek oraz obróbki w celu usunięcia menisku np. przez
szlifowanie na papierach - dokonuje laborant w przerwie pomiędzy dwoma częściami bloku
tematycznego.
Praca samodzielna studentów:
Sporządzenie przez każdego studenta notatek i dokumentacji (szkice bądź zdjęcia) z ww. etapów wykonania
kompozytów w zakresie niezbędnym do wykonania sprawozdania.
Cześć II (2 godziny)
Plan wykonania części II ćwiczenia.
Wykonanie badań wybranych własności wykonanych w części I próbek materiałów kompozytowych:

wykonanie pomiarów geometrii kompozytowych próbek wytrzymałościowych,

wykonanie statycznej próby rozciągania – dokonuje laborant przy udziale studentów,

wykonanie szlifów metalograficznych na przekroju prostopadłym do osi próbek - dokonuje laborant
przy udziale studentów,

wykonanie badań mikroskopowych próbek, w celu oceny rozkładu cząstek zbrojących przy różnych
ich zawartościach w poszczególnych badanych próbkach.
Praca samodzielna studentów:
Sporządzenie przez każdego studenta notatek i dokumentacji (szkice i zdjęcia) z ww. etapów badań
materiałów kompozytowych w zakresie niezbędnym do wykonania omówienia wyników badań i opracowania
wniosków zamieszczonych w sprawozdaniu.
Studenci z obu części ćwiczenia wykonują jedno sprawozdanie. Sprawozdanie powinno zawierać:
1. Opis czynności przy wykonywaniu próbek.
2. Wyniki badań oraz ich omówienie.
3. Wnioski.
Literatura:
1. L. A. Dobrzański: Materiały inżynierskie i projektowanie materiałowe. WNT, Warszawa, 2006
2. J. Nowacki: Materiały kompozytowe. Wyd. PŁ 1993.
3. I. Hyla: Własności materiałów kompozytowych. WNT 1983.
4. W. Królikowski: Tworzywa wzmocnione i włókna wzmacniające. WNT 1988.
4
Wyniki badań
Skład wykonanych kompozytów:
Materiał osnowy
Materiał zbrojenia
Kompozyt 1
Kompozyt 2
Kompozyt 3
Kompozyt 4
Szkic formy do „odlewania” kompozytów:
Opis wykonania próbek kompozytowych:
.........................................................................................
........................................................................................
.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
Wyniki pomiarów – próba rozciągania:
Siła maksymalna
Fmax [N]
Pole powierzchni
przekroju poprzecznego
S [mm2]
Wytrzymałość
na rozciąganie
Rm [MPa]
Kompozyt 1
Kompozyt 2
Kompozyt 3
Kompozyt 4
Obliczenia:
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
Wyznaczanie modułu Young’a:
Siła
F [N]
Pole powierzchni
przekroju poprzecznego
S [mm2]
Naprężenie
σ [MPa]
Odkształcenie
[%]
Moduł
Young’a
E [GPa]
Kompozyt 1
Kompozyt 2
Kompozyt 3
Kompozyt 4
Obliczenia:
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
Zdjęcia mikroskopowe (z krótkim opisem):
Wnioski:
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................
.........................................................................................